JP5940365B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに関する。

特許文献１に記載のタッチパネルは、光学方式のタッチパネルとされており、タッチパネルの両側には、発光デバイス（発光素子）およびフォトデテクタ（受光素子）が配列される。発光デバイスにはライトガイドが、フォトデテクタにはライトガイドが、それぞれ取り付けられる。発光デバイスから出射された光は、ライトガイドで９０度向きを変えられてディスプレイ・システムの表示面に沿う方向に進み、ライトガイドに入射して、フォトデテクタの受光面に導かれる。表示面に指等で触れることにより、ライトガイドへの光の入射が妨げられて指等の存在が検出されるようになっている。

特開２００６−１５５６１６号公報

しかし、従来の光学方式のタッチパネルの構造では、基板上に発光素子及び受光素子が配置され、さらに、これらの素子を保護するため、これらの素子を覆うベゼルが備えられていた。つまり、ベゼルが基板より外部に突出する構成となっている。

本発明の課題は、部品点数を削減した上で、タッチパネルの外表面を平坦化することである。

本発明の請求項１に係るタッチパネルは、第一基板と、前記第一基板の板面と対向するように配置された第二基板と、前記第二基板の板面の一部が外部より押圧されて押圧部位が前記第一基板側に変形することで、前記第一基板の板面に沿った第一方向における前記押圧部位を抵抗膜方式により検出する検出部材と、前記第二基板に対して前記第一基板側に配置され、前記第二基板における前記第一基板側の板面に沿うように前記第一方向に向けて光を出射する発光部材と、前記第二基板に対して前記第一基板側で、前記第一方向と交差する第二方向に沿って並べられ、前記発光部材から出射された光を受光する複数の受光部材と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、第一方向の押圧部位については、検出部材を用いることで抵抗膜方式により検出される。また、第一方向と交差する第二方向の押圧部位については、発光部材から出射された光が受光素子に到達するのが遮られることで検出される。つまり、第一方向の押圧部位については、抵抗膜方式により検出され、第二方向の押圧部位については、光学方式により検出される。さらに、第二基板に対して第一基板側に、発光素子及び受光素子が配置されている。

これにより、第一方向及び第二方向の両方向の押圧部位について、光学方式により検出される場合と比して、部品点数を削減した上で、タッチパネルの外表面を平坦化することができる。

本発明の請求項２に係るタッチパネルは、請求項１に記載において、前記第一基板は、一端面と、前記一端面に対して反対側の他端面と、を備え、発光部材は、光が前記一端面から入射して、前記他端面から出射するように配置された発光素子と、前記第二基板に対して前記第一基板側に配置され、前記他端面から出射した光を反射して、前記第一基板と前記第二基板との間を通るように前記第一方向に折り返す反射部材と、を備え、前記受光部材は、前記反射部材によって前記第一方向に折り返された光を受光するように配置されることを特徴とする。

上記構成によれば、発光部材から出射した光は、第一基板の一端面１４Ａから入射して他端面１４Ｂから出射する。さらに、他端面１４Ｂから出射した光は、反射部材によって第一基板と第二基板との間を通るように第一方向に折り返され、受光部材がこの折り返された光を受光する。

このように、反射部材によって光が折り返されることで、発光部材と受光部材とが第一基板に対して同じ側に配置される。

これにより、発光部材及び受光部材に接続される配線の引き回しを簡略化することができる。

本発明の請求項３に係るタッチパネルは、請求項２に記載において、前記発光部材は、前記第二方向に拡散する拡散光を出射し、前記反射部材は、前記発光部材から出射された拡散光を平行光として折り返すことを特徴とする。

上記構成によれば、発光部材が、第二方向に拡散する拡散光を出射し、反射部材は、発光部材から出射された拡散光を平行光として折り返し、反射部材によって折り返された平行光を受光部材が受光する。

このように、反射部材が、発光部材から出射された拡散光を平行光として折り返すことで、発光部材の数を受光部材の数に比して減らすことができる。

本発明によれば、部品点数を削減した上で、タッチパネルの外表面を平坦化することができる。

本発明の実施形態に係るタッチパネルを示した断面図である。 本発明の実施形態に係るタッチパネルを示した断面図である。 本発明の実施形態に係るタッチパネルに用いられた発光素子、受光素子、第１の基板、及び反射部材等を示した平面図である。 （Ａ）（Ｂ）本実施形態におけるタッチパネルに用いられた実装基板に実装される受光素子及び発光素子を示した平面図及び底面図である。 本発明の実施形態に係るタッチパネルに用いられた発光素子、受光素子、第１の基板、及び反射部材等を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係るタッチパネルを示した分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係るタッチパネルを示した拡大断面図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係るタッチパネルを示した拡大斜視図である。

本発明の実施形態に係るタッチパネルの一例について図１〜図８に従って説明する。なお、本実施形態に係るタッチパネルは平面視矩形状（長方形状）とされており、図中に示す矢印Ｘはタッチパネルの長手方向（以下単に「パネル長手方向」と記載することがある）を示し、矢印Ｙはタッチパネルの短手方向（以下単に「パネル短手方向」と記載することがある）を示し、矢印Ｚはタッチパネルの板厚方向（以下単に「パネル板厚方向」と記載することがある）を示す。

（全体構成）
図６に示されるように、本発明の実施形態に係るタッチパネル１０は、可視光に対して透明なガラスを矩形状に形成した第一基板の一例としての第１の基板１４と、第１の基板１４に対向して配置され、第１の基板１４と同様に可視光に対して透明なガラスを矩形状に形成し、パネル長手方向において第１の基板１４より長くされた第二基板の一例としての第２の基板１８と、を備えている。この第２の基板１８については、液晶表示装置と組み合わされた際に表面側となるように配置され、使用時にユーザより押圧される側となる。このため、第２の基板１８の板厚は、第１の基板１４の板厚よりも薄くされて変形し易くなっている。

（パネル長手方向における押圧部位の検出構造）
次に、パネル長手方向（第一方向の一例）におけるタッチパネル１０の押圧部位を検出するために用いられる検出部材の一例としての検出構造２６について説明する。

第１の基板１４における第２の基板１８側を向いた板面には、図１、図６に示されるように、例えば、導電性を有し可視光に対して透明な錫ドープ酸化インジウム（所謂ＩＴＯ）で構成された第１の透明電極１２が形成されている。

同様に、第２の基板１８における第１の基板１４側を向いた板面には、例えば、導電性を有し可視光に対して透明な錫ドープ酸化インジウム（所謂ＩＴＯ）で構成された第２の透明電極１６が、第１の透明電極１２に対して隙間を空けて形成されている。なお、第２の透明電極１６については、少なくとも第１の透明電極１２と対向する部分に形成されている。

さらに、矩形状に形成された第１の基板１４のパネル長手方向の辺に沿って、第１の基板１４と第２の基板１８との間に挟まれるように断面矩形状のスペーサ２０が夫々備えられている。

この構成により、第２の基板１８を押圧しない状態では、第１の基板１４に形成された第１の透明電極１２と第２の基板１８に形成された第２の透明電極１６とは隙間を空けて接触しないようになっている（図２参照）。なお、スペーサ２０は、第１の基板１４と第２の基板１８との間をシールするシール部材としても機能する。

さらに、第２の基板１８において第１の透明電極１２側を向いた表面には、図６に示されるように、金属（例えばＡｇ）等の導電性材料により構成される一対の取出し電極２４が備えられている。この一対の取出し電極２４は、第２の基板１８においてパネル長手方向の一対の辺に沿うように平行に配置された一対の第１の部分２４Ａと、第１の部分２４Ａに一端部が接続され、他端部が第２の基板１８の端部まで引き出された第２の部分２４Ｂと、を備えている。

この構成により、図７（Ａ）に示されるように、第２の基板１８を押圧して第１の透明電極１２と第２の透明電極１６とが接触した場合に、この接触した部位に応じて第２の透明電極１６の抵抗値が変化する。これにより、パネル長手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が検出されるようになっている。

以上より、検出構造２６は、第１の透明電極１２、第２の透明電極１６及び取出し電極２４を備えており、パネル長手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位は、抵抗膜方式により検出されるようになっている。

（パネル短手方向における押圧部位の検出構造）
次に、パネル短手方向（第二方向の一例）におけるタッチパネル１０の押圧部位を検出するために用いられる構造等について説明する。

〔実装基板〕
図１、図６に示されるように、第１の基板１４に対してパネル長手方向の一方側（図中右側）には、パネル短手方向に延びる実装基板３０が備えられる。そして、この実装基板３０、並びに後述する発光素子３２及び受光素子３４は第２の基板１８に対して第１の基板１４側に配置されている。また、実装基板３０は第１の基板１４よりも薄くされ、実装基板３０の表面３０Ａ（第２の基板１８側を向いた面）が第１の透明電極１２の表面と、パネル板厚方向において同様の位置になるように実装基板３０が配置されている。そして、実装基板３０の表面３０Ａ及び裏面３０Ｂには、絶縁膜、配線、デバイス等が積層されて構成されている。

〔発光部材〕
発光部材２８は、光を出射する発光素子３２と、この発光素子３２が出射した光を反射する反射部材３８とを備えている。

［発光素子］
実装基板３０の裏面３０Ｂにおいて、実装基板３０の長手方向の中央側には、図４（Ｂ）に示されるように、赤外線ＬＥＤ等により構成される発光素子３２が１個実装されている。発光素子３２は、図１に示されるように、第１の基板１４の一端面１４Ａに対向するように配置されている。そして、発光素子３２から出射された赤外線Ｌ（以下単に「光Ｌ」と記載する）は、図１、図５に示されるように、第１の基板１４の一端面１４Ａから入射し、パネル短手方向に拡散（拡散光）すると共に、第１の基板１４の他端面１４Ｂから出射するようになっている。

発光素子３２には、図４（Ｂ）に示されるように、実装基板３０の裏面３０Ｂに形成された発光素子用配線３６の一端が接続され、この発光素子用配線３６の他端は、発光素子３２を駆動する素子駆動デバイス４０に接続されている。また、素子駆動デバイス４０には、制御配線４４の一端が接続され、この制御配線４４の他端は、素子駆動デバイス４０を制御する制御マイコン５２に接続されている。

［反射部材］
図１、図６に示されるように、第１の基板１４に対してパネル長手方向の他方側（図中左側）には、発光素子３２から出射されて第１の基板１４の他端面１４Ｂから出射した光Ｌを反射する反射部材３８が備えられている。そして、この反射部材３８は、第２の基板１８に対して第１の基板１４側に配置されている。また、この反射部材３８は、図１、図５に示されるように、第１の基板１４の他端面１４Ｂから出射した光Ｌを、先ずパネル板厚方向における第２の基板１８側に反射し、次に第１の基板１４と第２の基板１８と間を通るようにパネル短手方向の各部でパネル長手方向に反射するようになっている。つまり、パネル短手方向に拡散した拡散光Ｌは、反射部材３８によってパネル長手方向に沿う平行光Ｌとされるようになっている。

〔受光素子〕
一方、実装基板３０の表面３０Ａには、図４（Ａ）に示されるように、パネル短手方向に沿うように一列に配置されると共に、赤外線フォトトランジスタ等により構成された複数の受光部材の一例としての受光素子３４が等間隔に実装されている。

そして、これらの受光素子３４が、図５に示されるように、反射部材３８によって反射して第１の基板１４と第２の基板１８と間を通る光Ｌ（平行光）を受光するようになっている。

受光素子３４には、図４（Ａ）に示されるように、実装基板３０の表面３０Ａに形成された受光素子用配線４６の一端が夫々接続され、この受光素子用配線４６の他端は、それぞれ受光素子３４を駆動する素子駆動デバイス４８に接続されている。また、素子駆動デバイス４８には、制御配線５０の一端が接続され、この制御配線５０の他端は、スルーホール５０Ａを通って実装基板３０の裏面３０Ｂに備えられた素子駆動デバイス４８を制御する制御マイコン５２（図４（Ｂ）参照）に接続されている。

この構成により、第２の基板１８を押圧して第１の透明電極１２と第２の透明電極１６とが接触した場合に、図７（Ｂ）に示されるように、その押圧部位の光路が遮られ、光Ｌを受光できなくなった受光素子３４の電気信号レベルが変化する。これにより、パネル短手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が検出されるようになっている。

以上より、パネル短手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位は、光学方式により検出されるようになっている。

〔支持部材〕
次に、第１の基板１４及び第２の基板１８のパネル長手方向の端部（端縁）を支持する支持部材５６、６２について説明する。

第１の基板１４及び第２の基板１８のパネル長手方向の他端部（他端縁）を支持すると共に、反射部材３８を支持する支持部材５６は、図６に示されるように、パネル短手方向に延びて備えられている。

支持部材５６は、図１に示されるように、パネル短手方向から見て、内側（反射部材３８が配置される側）が階段状とされている。そして、支持部材５６には、第２の基板１８を支持する階段部位５６Ａと、階段部位５６Ａに対してパネル板厚方向における第１の基板１４側に配置されると共に反射部材３８を支持する階段部位５６Ｂと、が形成されている。

さらに、階段部位５６Ｂの先端部（図中の右端部）には、第１の基板１４の端面の一部と対向する対向面５６Ｃが形成され、この対向面５６Ｃと第１の基板１４の端面とは図示せぬ接着部材で接着固定されている。

また、支持部材５６におけるパネル短手方向の両端部には、図６に示されるように、階段部位５６Ｂを間に挟むように、パネル短手方向を向いた矩形状の壁部位５６Ｄが形成されている。そして、この壁部位５６Ｄの頂面（第２の基板１８側を向いた面）が、スペーサ２０と接触し、この壁部位５６Ｄの側面（第１の基板１４側を向いた面）が、第１の基板１４の端面と図示せぬ接着部材で接着固定されている。

さらに、階段部位５６Ａと第２の基板１４との間には、図１に示されるように、階段部位５６Ａと第２の基板１４との間をシールする断面Ｌ字状のシール部材５８が配置されている。

ここで、支持部材５６及びシール部材５８の形状は、第２の基板１８の外周面に対して支持部材５６及びシール部材５８がパネル板厚方向に突出しないように決められている。

一方、第１の基板１４及び第２の基板１８のパネル長手方向の一端部（一端縁）を支持すると共に、実装基板３０を支持する支持部材６２は、図６に示されるように、パネル短手方向に延びて備えられている。

支持部材６２は、図１に示されるように、パネル短手方向から見て、内側（実装基板３０が配置される側）が階段状とされている。そして、支持部材６２には、第２の基板１８を支持する階段部位６２Ａと、階段部位６２Ａに対してパネル板厚方向における第１の基板１４側に配置されると共に発光素子３２及び受光素子３４が実装された実装基板３０が配置される階段部位６２Ｂと、が形成されている。

そして、実装基板３０のパネル長手方向に延びる端面３０Ｃは、階段部位６２Ｂを構成する壁面に図示せぬ接着材等で接着固定されている。

さらに、階段部位６２Ｂの先端部（図中の左端部）には、第１の基板１４の端面の一部と対向する対向面６２Ｃが形成され、この対向面６２Ｃと第１の基板１４の端面とは図示せぬ接着部材で接着固定されている。

また、支持部材６２におけるパネル長手方向の両端部には、図６に示されるように、階段部位６２Ｂを間に挟むように、パネル短手方向を向いた矩形状の壁部位６２Ｄが形成されている。そして、この壁部位６２Ｄの頂面（第２の基板１８側を向いた面）が、スペーサ２０と接触し、この壁部位６２Ｄの側面（第１の基板１４側を向いた面）が、第１の基板１４の端面と図示せぬ接着部材で接着固定されている。

さらに、階段部位６２Ａと第２の基板１４との間には、図１に示されるように、階段部位６２Ａと第２の基板１４との間をシールする断面Ｌ字状のシール部材６４が配置されている。

ここで、支持部材５６及びシール部材５８の形状は、第２の基板１８の外周面に対して支持部材５６及びシール部材５８がパネル板厚方向に突出しないように決められている。

（作用・効果）
次に、タッチパネル１０の作用及び効果について説明する。タッチパネル１０は、例えば、図示せぬ液晶表示装置にタッチパネル１０の第１の基板１４側を重ねることで用いられる。

第２の基板１８を指で押圧すると、図７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第２の基板１８が変形し、第２の透明電極１６と第１の透明電極１２とが押圧部位で接触する。

第２の透明電極１６と第１の透明電極１２とが接触することで、この接触した部位に応じて取出し電極２４を用いて検出される第２の透明電極１６の抵抗値が変化する。これにより、パネル長手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が検出される。

一方、制御マイコン５２の制御により、発光素子３２から出射した光Ｌ（拡散光）は、図３、図５に示されるように、第１の基板１４の一端面１４Ａから入射し、パネル短手方向に拡散しながら第１の基板１４の他端面１４Ｂから出射する。

第１の基板１４の他端面１４Ｂから出射した光は、反射部材３８によって、先ずパネル板厚方向における第２の基板１８側に反射され、次に第１の基板１４と第２の基板１８と間を通るようにパネル長手方向に反射される（図１参照）。つまり、パネル短手方向に拡散した拡散光Ｌは、反射部材３８によってパネル長手方向に沿う平行光Ｌとされる。

ここで、前述したように、第２の基板１８を指で押圧して第１の透明電極１２と第２の透明電極１６とが押圧部位で接触した場合に、図７（Ｂ）に示されるように、その押圧部位の光路が遮られ、光Ｌを受光できなくなった受光素子３４の電気信号レベルが変化する。この電気信号レベルの変化によって、パネル短手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が検出される。

このように、パネル長手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が、抵抗膜方式により検出され、パネル短手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が、光学方式により検出される。

以上説明したように、タッチパネル１０は、抵抗膜方式と光学方式とのハイブリッド式とされており、パネル長手方向の押圧部位及びパネル短手方向の押圧部位を両方とも光学方式で検出する場合と比して、部品点数（受光素子及び発光素子等の部品点数）を削減することができる。

また、発光素子３２、反射部材３８、及び受光素子３４が、第２の基板１８に対して、第１の基板１４側に配置されているため、タッチパネル１０の外表面を平坦化することができる。

また、光Ｌを折り返す反射部材３８を備えることで、発光素子３２と受光素子３４とをパネル長手方向において同一側に配置することができる。

また、発光素子３２と受光素子３４とをパネル長手方向において同一側に配置することで、発光素子と受光素子とが基板を挟んで対向して配置される場合と比して、配線の引き回しを簡略化することができる。

また、スペーサ２０、支持部材５６、６２、及びシール部材５８、６４を用いることで、タッチパネル１０の内部が密閉され、タッチパネル１０の防水性及び防塵性を向上させることができる。

また、図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、押圧力の大小によって第２の基板１８の変形度合いが相違することで、遮られる光Ｌの本数が変化する。これにより、受光素子３４の電気信号レベルが変化すため、パネル長手方向の押圧部位及びパネル短手方向の押圧部位を両方とも抵抗膜方式で検出する場合と比して、押圧力の大小を容易に検出することができる。

また、発光素子３２から拡散光Ｌを出射させ、この拡散光Ｌを反射部材３８によって平行光Ｌとすることで、発光素子から平行光Ｌを出射させる場合と比して、発光素子３２の個数を減らすことができる。

また、パネル短手方向におけるタッチパネル１０の押圧部位が、光学方式により検出されることで、パネル長手方向の押圧部位及びパネル短手方向の押圧部位を両方とも抵抗膜方式で検出する場合と比して、マルチタッチ（同時に２箇所を押圧すること）機能付きパネルへの変更が容易となる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、発光素子によって拡散光が出射されたが、平行光であってもよい。この場合には、受光素子と同数の発光素子が必要となるが、反射部材の形状を簡略化することができる。

また、上記実施形態では、発光素子３２及び受光素子３４が第１の基板１４に対して同じ側に配置されたが、発光素子と受光素子とを第１の基板を挟んで対向するように配置してもよい。

１０ タッチパネル
１４ 第１の基板（第一基板の一例）
１４Ａ 一端面
１４Ｂ 他端面
１８ 第２の基板（第二基板の一例）
２６ 検出構造（検出部材の一例）
２８ 発光部材
３２ 発光素子
３４ 受光素子（受光部材の一例）
３８ 反射部材

Claims (3)

1. 第一基板と、
   前記第一基板の板面と対向するように配置された第二基板と、
   前記第二基板の板面の一部が外部より押圧されて押圧部位が前記第一基板側に変形することで、前記第一基板の板面に沿った第一方向における前記押圧部位を抵抗膜方式により検出する検出部材と、
   前記第二基板に対して前記第一基板側に配置され、前記第二基板における前記第一基板側の板面に沿うように前記第一方向に向けて光を出射する発光部材と、
   前記第二基板に対して前記第一基板側で、前記第一方向と交差する第二方向に沿って並べられ、前記発光部材から出射された光を受光する複数の受光部材と、
   を備えるタッチパネル。
2. 前記第一基板は、一端面と、前記一端面に対して反対側の他端面と、を備え、
   発光部材は、
   光が前記一端面から入射して、前記他端面から出射するように配置された発光素子と、
   前記第二基板に対して前記第一基板側に配置され、前記他端面から出射した光を反射して、前記第一基板と前記第二基板との間を通るように前記第一方向に折り返す反射部材と、を備え、
   前記受光部材は、前記反射部材によって前記第一方向に折り返された光を受光するように配置される請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記発光部材は、前記第二方向に拡散する拡散光を出射し、
   前記反射部材は、前記発光部材から出射された拡散光を平行光として折り返す請求項２に記載のタッチパネル。

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